CN115298034A - 具有集成过滤器的墨料罐 - Google Patents
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Abstract
一种用于墨料输送系统的墨料罐,该墨料罐包括:壳体,该壳体具有墨料入口端口和墨料出口端口;排气口,该排气口与该墨料罐的顶部空间连通;过滤器,该过滤器定位在该壳体中、用于对经由该墨料出口端口从该墨料罐供应的墨料进行过滤;以及挡流板,该挡流板定位在该壳体中、在该墨料入口端口与该过滤器之间。该挡流板被配置成将经由该墨料入口端口进入该墨料罐的空气气泡朝向该墨料罐的顶部空间引导。挡板开口被定位成朝向该墨料罐的基部,由此允许墨料经由该挡板开口从该墨料入口端口朝向该墨料出口端口流动。
Description
发明领域
本发明涉及一种用于喷墨打印机中的墨料输送系统的具有集成过滤器的墨料罐。本发明的开发主要是为了使与墨料输送系统中的空气气泡相关联的问题最小化。
发明背景
市面上可购买到采用技术的喷墨打印机用于许多不同的打印格式,包括在家办公(“SOHO”)用打印机、标签打印机、数字喷墨印刷机、以及宽幅打印机。打印机典型地包括一个或多个固定喷墨打印头,该一个或多个固定喷墨打印头是使用者可更换的。例如,桌面打印机可以包括单个使用者可更换的多色或单色打印头,高速数字印刷机可以包括多个沿着介质供给方向对齐的使用者可更换的单色打印头,并且宽幅打印机可以包括多个交错重叠布置的使用者可更换的打印头,以便横跨宽幅页宽。
墨料经由墨料输送系统被供应到喷墨打印头,该墨料输送系统主要被设计用于以预定的液体静压力将墨料输送到打印头。墨料输送系统通常还包括墨料过滤器,该墨料过滤器用于过滤来自墨料的颗粒。
空气气泡在喷墨打印机中是长期的问题。到达喷墨喷嘴的空气气泡会堵塞喷嘴,并且导致严重的灌注启动不足事件。空气气泡还会通过堵塞过滤器材料中的微小的孔隙来降低墨料输送系统中墨料过滤器的效率。空气气泡还会影响墨料液位传感器的操作,例如由于附着到浮子式传感器而使其浮力增加,由此导致可能错误的墨料液位读数。
在一定程度上,通过在封闭的墨料输送系统中使用脱气的墨料,可以减轻与空气气泡相关联的问题。然而,即使采用脱气的墨料时,这种墨料输送系统也不能避免空气气泡的问题。例如,当通过打印头吸入空气时,可以经由打印头灌注启动不足操作将空气有意地引入到墨料输送系统中,从而可以在对墨料的污染最小化的情况下更换打印头。这种引入的空气可以围绕墨料输送系统循环,但可能引起比如堵塞墨料过滤器等问题。如果墨料过滤器被空气气泡严重堵塞,将需要使用者更换墨料过滤器,这既不方便又耗时。
在现有技术中描述的一些墨料输送系统中,墨料过滤器连接至脱气泵,该脱气泵从容纳过滤器材料的过滤器腔室中移除空气。脱气泵确保被俘获在墨料过滤器中的任何空气气泡都会逸散到大气中,而不会通过空气气泡的不断积聚而引起长期问题。然而,脱气泵增加了墨料输送系统的成本和复杂性。
WO 2019/011705描述了一种在正的墨料压力下经由透气管被动地脱气的墨料过滤器。
因此,可能期望提供一种具有集成过滤器的墨料罐,该集成过滤器使空气气泡进入过滤器中最小化。可能进一步期望提供一种允许有效移除空气气泡的墨料罐。可能进一步期望提供一种具有墨料液位传感器的墨料罐,该墨料液位传感器的操作不会受到墨料中的空气气泡的影响。
发明概述
在第一方面,提供了一种用于墨料输送系统的墨料罐,该墨料罐包括:
壳体,该壳体具有墨料入口端口和墨料出口端口;
排气口,该排气口与该墨料罐的顶部空间连通;
过滤器,该过滤器定位在该壳体中、用于对经由该墨料出口端口从该墨料罐供应的墨料进行过滤;以及
挡流板,该挡流板定位在该壳体中、在该墨料入口端口与该过滤器之间,该挡流板被配置成将经由该墨料入口端口进入该墨料罐的空气气泡朝向该墨料罐的顶部空间引导,
其中,该挡流板具有挡板开口,该挡板开口被定位成朝向该墨料罐的基部,由此允许墨料经由该挡板开口从该墨料入口端口朝向该墨料出口端口流动。
优选地,该墨料罐包括上部区段和下部区段,该下部区段具有该墨料入口端口和该墨料出口端口。
优选地,该上部区段的体积大于该下部区段的体积。
优选地,该上部区段的截面面积大于该下部区段的截面面积。
优选地,该墨料出口端口定位在该壳体的基部中,并且该过滤器包括定位在该墨料出口端口之上的滤鼓。
优选地,该挡流板从该壳体的基部朝向该墨料罐的罐顶延伸。
优选地,在使用中,该挡流板延伸到该墨料罐的顶部空间中。
优选地,该墨料入口端口定位在该挡板开口上方。
优选地,该墨料罐进一步包括墨料液位传感器,其中,该挡流板定位在该墨料液位传感器与该墨料入口端口之间。
优选地,该墨料液位传感器包括浮子式液位传感器,该浮子式液位传感器具有杆、以及一个或多个浮子,该杆延伸到该墨料罐中,该一个或多个浮子可沿着该杆移动。
优选地,该排气口与限定在该墨料罐的罐顶中的错综复杂通道连通。
在第二方面,提供一种用于喷墨打印机的墨料输送系统,该墨料输送系统包括:
如上文所描述的墨料罐;
墨料供应储存器,该墨料供应储存器经由墨料供应管线连接到该墨料入口端口;
喷墨打印头,该喷墨打印头具有经由墨料输送管线连接到该墨料出口端口的打印头入口端口;以及
控制系统,该控制系统与该墨料罐配合、以用于控制被输送至该打印头的墨料的液体静压力。
优选地,该打印头包括打印头出口端口,该打印头出口端口经由墨料返回管线与该墨料罐处于流体连通。
优选地,该墨料返回管线连接到该墨料供应管线。
优选地,该墨料输送系统进一步包括泵和用于使打印头灌注启动不足的进气口。
优选地,空气在打印头灌注启动不足和/或打印头灌注期间经由该墨料入口端口进入该墨料罐。
优选地,该控制系统被配置成控制该墨料罐中的墨料高度。
优选地,该控制系统响应于来自该墨料罐中的一个或多个墨料液位传感器的反馈而控制该墨料供应管线中的供应泵。
如本文使用的,术语“墨料”被认为意指可以从喷墨打印头打印的任何打印流体。墨料可以含有或可以不含有着色剂。相应地,术语“墨料”可以包括常规的基于染料或基于颜料的墨料、红外墨料、UV墨料、固定剂(例如预涂层、底漆和整理剂等)、3D打印流体、生物流体、功能打印流体(例如太阳能墨料、生物传感墨料)等等。
如在本文中使用的,术语“打印机”指的是任何打印装置,比如常规桌面打印机、标签打印机、复印机、影印机、数字喷墨印刷机、3D打印机等。例如,打印机可以是单张纸或卷筒纸打印装置。
附图说明
现在将参照附图仅通过举例方式来描述本发明的实施例,在附图中:
图1示意性地示出了结合了根据第一方面的墨料罐的打印机墨料输送系统;
图2是根据第一方面的墨料罐的立体图;以及
图3是图2所示的墨料罐的截面视图。
具体实施方式
重力供给墨料输送系统
在下文中描述了重力供给墨料输送系统作为根据第一方面的墨料罐的一个示例性用途。然而,应当理解,根据第一方面的墨料罐同样适用于结合了墨料过滤器的任何循环墨料输送系统。
参照图1,示意性地示出了打印机1,该打印机具有用于向打印头4供应墨料的墨料输送系统。墨料输送系统是重力供给系统,其功能与US2011/0279566以及US 2011/0279562中描述的功能类似,这两个专利的内容通过援引并入本文。
墨料输送系统包括墨料罐100,该墨料罐具有墨料出口端口106,该墨料出口端口经由第一墨料输送管线10连接到打印头4的打印头入口端口8。墨料罐100的墨料入口端口108经由墨料返回管线16连接到打印头4的打印头出口端口14。因此,墨料罐100、墨料输送管线10、打印头4以及墨料返回管线16一起形成封闭的流体回路。通常,墨料输送管线10和墨料返回16由长短不一的、直径可以相同或不同的挠性管组成。在一些实施例中,墨料返回管线16的直径小于墨料输送管线10的管线,以有效移除空气气泡,如EP 2844488 B和US2014/0015905中所描述的,这两个专利的内容通过援引并入本文。
附加地,墨料罐100包含:集成过滤器112,该集成过滤器定位在墨料出口端口106之上以对输送至打印头4的墨料进行过滤;以及挡流板114,该挡流板定位在墨料入口端口108与过滤器112之间。下文将更详细描述挡流板114的功能。
使用者能够通过第一联接件3更换打印头4,第一联接件将打印头入口端口8与第一墨料管线10可释放地互连;并且第二联接件5将打印头出口端口14与第二墨料管线16可释放地互连。打印头4通常是页宽打印头并且可以是如在例如US 10399354或US 10293609中所描述的打印头,这两个专利中的内容通过援引并入本文。
墨料罐100中所包含的墨料20经由定位在该墨料罐的罐顶的排气口109与大气相通。相应地,在正常打印期间,墨料在重力下以负的液体静压力(“背压”)被供应到打印头4。换言之,墨料从定位在打印头4下方的墨料罐100的重力供给提供了压力调节系统,该压力调节系统在预定的负的液体静压力下将墨料供应到打印头。打印头4的喷嘴板19处经受的背压大小由喷嘴板超过墨料罐100中墨料20液位的高度h来确定。
墨料从散装墨料储存器被供应到墨料罐100的墨料入口端口108,该散装墨料储存器包括由墨盒24容纳的可溃缩的墨料袋23。墨盒24经由墨盒通风口25与大气相通,使得可溃缩的墨料袋23可以在系统消耗墨料时溃缩。可溃缩的墨料袋23通常是包含脱气的墨料的不透气箔衬袋,该脱气的墨料经由连接到墨料返回管线16的墨料供应管线28被供应到墨料入口端口108。墨盒24通常是使用者可更换的、并且经由适合的墨料供应联接件32连接到墨料供应管线28。墨料供应管线28可以包括在线墨料过滤器(未示出),用于在墨料到达墨料罐100之前对墨料进行过滤。
控制系统用于维持墨料罐100中的墨料的基本恒定液位、以及因此恒定高度h和相对应的背压。如图1所示,供应泵30定位在墨料供应管线28中、并且控制墨料从墨盒24进入墨料罐100中的流动。供应泵30在第一控制器107的控制下进行操作,该第一控制器接收来自墨料液位传感器120的反馈,该墨料液位传感器具有定位在墨料罐100中的“高位”浮子式传感器102和“低位”浮子式传感器104(例如,磁性浮子式传感器)。当墨料20的液位下降到“低位”传感器104以下时,第一控制器107向供应泵30发信号使其将墨料泵送至墨料罐100中,并且当墨料的液位达到“高位”传感器102时,第一控制器向供应泵发信号使其停止泵送。以这种方式,可以使墨料罐100中的墨料20的液位维持相对恒定。
封闭的流体回路(结合了墨料罐100、墨料输送管线10、打印头4、以及墨料返回管线16)有利于灌注、灌注启动不足以及其他所需的流体操作。墨料返回管线16包括可逆式蠕动泵40,用于使墨料围绕流体回路循环。只是按照惯例,泵40的“前向”方向与将墨料从墨料出口端口106泵送至返回端口108(即如图1所示的顺时针方向)相对应,并且泵的“反向”方向与将墨料从返回端口108泵送至墨料出口端口106(即如图1所示的逆时针方向)相对应。
泵40与夹管阀布置42配合、以协调各种流体操作。夹管阀布置42包括第一夹管阀46和第二夹管阀48,并且可以采用例如在US 2011/0279566、US 2011/0279562和US9180676中所描述的夹管阀布置的任一种的形式,这些专利的内容通过援引并入本文。
第一夹管阀46控制空气经过空气导管50的流动,该空气导管从墨料输送管线10中分出。空气导管50在空气过滤器52处终止,该空气过滤器与大气相通并且用作用于该封闭的流体回路的进气口。
借助于空气导管50,墨料输送管线10被划分成位于墨料出口端口106与空气导管50之间的第一区段10a、以及位于打印头入口端口8与空气导管50之间的第二区段10b。第二夹管阀48控制墨料经过墨料输送管线10的第一区段10a的流动。
泵40、第一夹管阀46、以及第二夹管阀48都由第二控制器44来控制,该第二控制器协调各种流体操作。根据前述内容,应当理解,图1示出的墨料输送系统提供了通用范围的流体操作。表1针对打印机1中使用的一些示例流体操作描述了各种夹管阀和泵状态。当然,可以采用这些示例流体操作的各种组合。
表1.用于打印机1的示例流体操作
在正常打印(“打印(PRINT)”模式)期间,打印头4从墨料罐100、在重力下以负的背压抽吸墨料。在此模式下,蠕动泵40可以围绕流体回路向前泵送墨料,或替代性地也可以被断开而充当切断阀。第一夹管阀46关闭并且第二夹管阀48打开,以允许墨料从墨料出口端口106流动至打印头入口端口8。在打印期间,墨料在第一控制器107的控制下被供应到墨料罐100的墨料入口端口108,以维持相对恒定的墨料液位20,并且因此维持用于打印头4的相对恒定的背压。
在打印头灌注或冲洗(“灌注(PRIME)”模式)期间,墨料在供应泵断开情况下、在前向方向(即如图1所示的顺时针方向)上围绕封闭的流体回路循环。在此模式下,蠕动泵40在前向泵送方向上被致动,同时第一夹管阀46关闭并且第二夹管阀48打开,以允许墨料经由打印头4从墨料出口端口106流动到墨料入口端口108。以此方式的灌注可以用于向灌注启动不足的打印头灌注墨料、冲洗打印头4中的空气气泡和/或过滤墨料中的颗粒。
在“待命(STANDBY)”模式下,泵40被断开,同时第一夹管阀46关闭并且第二夹管阀48打开。通常,打印头在待命模式下被盖住以使得墨料从喷嘴的蒸发最小(例如,参见US2011/0279519,该专利的内容通过援引并入本文)。
为了确保打印头4的每个喷嘴完全灌注墨料和/或疏通已经被阻塞的任何喷嘴,可以采用“脉冲(PULSE)”模式。在“脉冲”模式下,第一夹管阀46和第二夹管阀48关闭,而泵40在反向方向上被致动(即如图1所示的逆时针方向)以迫使墨料穿过打印头4的喷嘴板19中的喷嘴。供应泵30在脉冲灌注期间断开,并且墨料罐100提供脉冲灌注所需的墨料的储存器。可替代地,可以在喷嘴板19处使用外部抽吸对喷嘴进行灌注,如在例如2020年2月13日提交的美国临时申请号62/976,213(“Method and System for Priming Dry Printheads[用于灌注干式打印头的方法和系统]”)中所描述的,该临时申请的内容通过援引并入本文。
为了更换耗尽的打印头4,需要在其可以从打印机移除之前,使打印头灌注启动不足。在“灌注启动不足(DEPRIME)”模式下,第一夹管阀46打开,第二夹管阀48关闭,并且第一泵40在前向方向上被致动、以经由空气导管50从大气中抽吸空气。灌注启动不足使打印头4中的墨料被空气取代,并且经由墨料入口端口108将空气气泡引入墨料罐100中。一旦打印头4已经变得墨料灌注启动不足,打印机就设定成使打印头与墨料供应隔离的“无效(NULL)”模式,由此允许在墨料溢出最少的情况下安全移除打印头。
墨料罐100
在采用脱气的墨料的循环墨料输送系统中,为了使打印头灌注启动不足和更换打印头而将空气引入系统中可能会有问题。溶解的空气是有问题的,因为它可能在打印头中放出气体,这就失去了使用脱气的墨料的固有优点。此外,未溶解的空气气泡表现得与颗粒类似并且可能引起墨料输送系统中的堵塞。理想地,需要在未溶解的空气气泡引起问题(比如打印头4中的喷嘴堵塞或墨料过滤器堵塞)之前将这些未溶解的空气气泡从系统中移除。
现在参考图2和图3,墨料罐100被设计成有利于压力调节、墨料循环、过滤、以及移除掉墨料输送系统中的空气气泡。墨料罐100包括壳体200,该壳体通常由模制塑料形成,该壳体限定墨料罐的上部区段202和下部区段204。
下部区段204包括用于容纳过滤器112的截顶圆柱形部分205,该过滤器采用圆柱形滤鼓113的形式。滤鼓113定位在墨料出口端口106之上、在壳体200的基部处,以用于将经过滤的墨料输送至打印头4。
墨料入口端口108定位在下部区段204的侧壁处,使得经由该墨料入口端口进入墨料罐100的所有墨料在由过滤器112进行过滤之后才经由墨料出口端口106离开墨料罐。(提供了另外的连接端口207,其在图2和图3是盖住的,如果需要,该另外的连接端口用于将多个墨料罐100流体地连接在一起这一选项)。
盖206紧固至壳体200的上部以限定墨料罐100的罐顶。盖206限定与墨料罐100的顶部空间连通的排气口109以及连接到该排气口的错综复杂通道208。与大气相通的通气端口210从盖206向下延伸,并且经由错综复杂通道208和排气口109与墨料罐100的顶部空间连通。错综复杂通道208用于使水从墨料罐100的蒸发最小化,同时允许空气通过该错综复杂通道排出。
挡流板114从墨料罐100的基部朝向盖206向上延伸,并且定位在墨料入口端口108与过滤器112之间。通常,挡流板114是可滑动地接纳在模制壳体200中的插入件。挡流板114将墨料罐100有效地分隔为第一侧部209和第二侧部210,该第一侧部具有墨料入口端口108,该第二侧部具有过滤器112和墨料出口端口106。
挡流板114的下部部分限定挡板开口212,该挡板开口允许墨料经由墨料罐100的下部区段204从第一侧部209处的墨料入口端口108去往第二侧部210处的过滤器112。墨料入口端口108定位在挡板开口212上方,使得经由该墨料入口端口进入墨料罐100的任何空气气泡不会经过挡板开口进入墨料罐100的第二侧部210。替代地,经由墨料入口端口108被泵送到墨料罐中的墨料所夹带空气气泡往往会撞击挡板开口212上方的挡流板114、然后向上浮动到墨料罐的顶部空间中,在该顶部空间,这些空气气泡可以经由排气口109排出至大气。因此,挡流板114保护过滤器112免受经由墨料入口端口108进入墨料罐100的空气气泡影响。(就最小数量的空气气泡到达过滤器112而言,这些空气气泡可以朝向排气口向上浮动)。附加地,挡流板114保护浮子式传感器102和104免受空气气泡影响,如下文将进一步解释的。
当来自墨料储存器的脱气的新鲜墨料经由墨料入口端口108进入墨料罐100时,此墨料通过挡板开口212经由墨料罐的下部区段204流向过滤器122。挡流板114延伸到墨料罐100的顶部空间中,使得上部区段202中所包含的墨料无法从墨料罐的第一侧部209去往第二侧部210。因为上部区段202中混入空气的墨料相对固定并且与下部区段204中的墨料(在高度上)分离,所以此混入空气的墨料仅朝向下部区段204非常缓慢地扩散。因此,在正常打印期间,下部区段204中脱气的墨料在被补充以来自墨料储存器的脱气的新鲜墨料时保持脱气。因此,墨料罐100的设计提供了上部区段202与下部区段204之间的有效扩散屏障,使得该墨料罐适于对打印头4处的背压进行重力控制,同时能够使用脱气的墨料。
墨料液位传感器120采用具有杆222的磁性浮子式传感器的形式,该杆紧固至盖206并且延伸到墨料罐100中。“高位”浮子式传感器102和“低位”浮子式传感器104可沿着杆222在相应的固定止动件224之间移动。每个浮子式传感器包含磁体,该磁体致动该杆222中的相应的舌簧开关(未示出)以指示墨料罐100中的墨料的“高位”或“低位”液位。如上文所描述的,供应泵30是取决于浮子式传感器102和104的高度以及舌簧开关的对应状态而被致动或退动的。墨料液位传感器120定位在墨料罐100的第二侧部处并且由此受到挡流板114的保护免受空气气泡影响。有利地,保护浮子式传感器102和104免受空气气泡影响是通过避免对敏感的浮子式传感器的干扰而使来自墨料液位传感器109的错误墨料液位信号最小化。
根据前述内容,应当理解,墨料罐100实现了多个功能:(1)保护过滤器免受空气气泡影响;(2)保护墨料液位传感器免受空气气泡影响;(3)有效移除墨料输送系统中的空气气泡;以及(4)对供应以脱气的墨料的墨料输送系统中的墨料压力进行重力控制。这些和其他优点对本领域的技术人员来说将是显而易见的。
当然,应理解,仅通过举例的方式描述了本发明,并且在所附权利要求中限定的本发明的范围内可以进行细节的修改。
Claims (18)
1.一种用于墨料输送系统的墨料罐,所述墨料罐包括:
壳体,所述壳体具有墨料入口端口和墨料出口端口;
排气口,所述排气口与所述墨料罐的顶部空间连通;
过滤器,所述过滤器定位在所述壳体中、用于对经由所述墨料出口端口从所述墨料罐供应的墨料进行过滤;以及
挡流板,所述挡流板定位在所述壳体中、在所述墨料入口端口与所述过滤器之间,所述挡流板被配置成将经由所述墨料入口端口进入所述墨料罐的空气气泡朝向所述墨料罐的顶部空间引导,
其中,所述挡流板具有挡板开口,所述挡板开口被定位成朝向所述墨料罐的基部,由此允许墨料经由所述挡板开口从所述墨料入口端口朝向所述墨料出口端口流动。
2.如权利要求1所述的墨料罐,其中,所述墨料罐包括上部区段和下部区段,所述下部区段具有所述墨料入口端口和所述墨料出口端口。
3.如权利要求2所述的墨料罐,其中,所述上部区段的体积大于所述下部区段的体积。
4.如权利要求2所述的墨料罐,其中,所述上部区段的截面面积大于所述下部区段的截面面积。
5.如权利要求1所述的墨料罐,其中,所述墨料出口端口定位在所述壳体的基部中,并且所述过滤器包括定位在所述墨料出口端口之上的滤鼓。
6.如权利要求1所述的墨料罐,其中,所述挡流板从所述壳体的基部朝向所述墨料罐的罐顶延伸。
7.如权利要求1所述的墨料罐,其中,在使用中,所述挡流板延伸到所述墨料罐的顶部空间中。
8.如权利要求1所述的墨料罐,其中,所述墨料入口端口定位在所述挡板开口上方。
9.如权利要求1所述的墨料罐,进一步包括墨料液位传感器,其中,所述挡流板定位在所述墨料液位传感器与所述墨料入口端口之间。
10.如权利要求9所述的墨料罐,其中,所述墨料液位传感器包括浮子式液位传感器,所述浮子式液位传感器具有杆、以及一个或多个浮子,所述杆延伸到所述墨料罐中,所述一个或多个浮子能够沿着所述杆移动。
11.如权利要求1所述的墨料罐,其中,所述排气口与限定在所述墨料罐的罐顶中的错综复杂通道连通。
12.一种用于喷墨打印机的墨料输送系统,所述墨料输送系统包括:
根据权利要求1所述的墨料罐;
墨料供应储存器,所述墨料供应储存器经由墨料供应管线连接到所述墨料入口端口;
喷墨打印头,所述喷墨打印头具有经由墨料输送管线连接到所述墨料出口端口的打印头入口端口;以及
控制系统,所述控制系统与所述墨料罐配合、以用于控制被输送至所述打印头的墨料的液体静压力。
13.如权利要求12所述的墨料输送系统,其中,所述打印头包括打印头出口端口,所述打印头出口端口经由墨料返回管线与所述墨料罐处于流体连通。
14.如权利要求13所述的墨料输送系统,其中,所述墨料返回管线连接到所述墨料供应管线。
15.如权利要求13所述的墨料输送系统,进一步包括泵以及用于使所述打印头灌注启动不足的进气口。
16.如权利要求15所述的墨料输送系统,其中,空气在打印头灌注启动不足和/或打印头灌注期间经由所述墨料入口端口进入所述墨料罐。
17.如权利要求12所述的墨料输送系统,其中,所述控制系统被配置成控制所述墨料罐中的墨料高度。
18.如权利要求17所述的墨料输送系统,其中,所述控制系统响应于来自所述墨料罐中的一个或多个墨料液位传感器的反馈而控制所述墨料供应管线中的供应泵。
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